Submitted : 2 Oktober 2017 Revised : 12 November 2017 Accepted :2 Desember 2017

## PENGARUH PH UMPAN TERHADAP PRODUKSI BIOGAS DARI KIAMBANG
Iqbal Syaichurrozi 1* , Rusdi Rusdi 1 , Rafi Muhammad F. 1 , Muhammad Fakhri Basyir 1 , Suhirman 1 , Topik Hidayat 1
1 Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa Jl. Jenderal Sudirman KM.3, 42435, Cilegon, Banten-Indonesia
* Email: iqbalsyaichurrozi @gmail.com

## Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi pH umpan terhadap produksi biogas dari kiambang. Nilai pH umpan divariasikan 6, 7, dan 8. Proses fermentasi dijalankan menggunakan digester skala laboratorium (volume 600 mL) pada sistem batch dan suhu lingkungan selama 14 hari. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pH umpan 7 menghasilkan lebih banyak biogas daripada pH 6 dan 8. Total biogas yang dihasilkan pada  pH 6, 7 dan 8 masing-masing adalah 29, 61, dan 94 mL.

## Kata Kunci : Biogas, Kiambang, pH

## Abstract
The  purpose  of  this study  was to  investigate  the  effect  of  initial  substrate  pH  on  biogas production  from  Salvinia molesta. The initial pH was varied at 6, 7, 8. Fermentation process was conducted using lab-scala digester (volume 600  mL)  operated  at  batch  system  dan  room  temperature  for  14  days.  The  results  showed  that  initial  pH  of  7 produced more total biogas than initial pH of 6 dan 8. Total biogas for initial pH of 6, 7, 8 was 29, 61, 94 mL.
Keywords : Biogas, Salvinia molesta, pH

## 1. PENDAHULUAN
Kiambang  ( Salvinia  molesta )  merupakan  salah satu gulma yang keberadaannya tidak diharapkan oleh petani  sawah  di  Indonesia.  Kiambang  memiliki  laju pertumbuhan  yang  sangat  cepat  dan  kultivasi biomassa  yang  sangat  singkat.  Akibatnya,  kiambang dapat  menutupi  seluruh  permukaan  air  dalam  waktu yang  relatif  pendek.  Hal  ini  mengurangi  efisiensi sistem irigasi dan mengurangi efiktivitas pupuk untuk tanaman  padi,  sehingga  produksi  tanaman  padi menurun  atau  hasil  panen  rendah.  Pada  umumnya masalah  ini  dialami  oleh  para  petani  di  Indonesia, khususnya di Kabupaten Lebak, Provinsi Banten.
Lebak  merupakan  kabupaten  yang  berada  di selatan  Provinsi  Banten.  Sebagian  besar  masyarakat Lebak  memiliki  profesi  sebagai  petani  dengan  luas total  area  sawah  43.097  Ha  (430.970.000  m 2 ) menurut  data  Bappeda  tahun  2012.  Sementara  itu, luas  rata-rata  lahan  pertanian  sawah  yang  dikuasai
per  rumah  tangga  adalah  2460  m 2 .  Menurut  Susan (2003),  dalam  1  are  (4047  m 2 )  perairan  dapat diperoleh 36 ton kiambang. Dapat disimpulkan bahwa total  jumlah  kiambang  yang  dapat  dihasilkan  dari seluruh  pesawahan  Lebak  adalah  3.833.684,21  ton, sementara  sawah  per  rumah  tangga  menghasikan 21,88  ton.  Menurut  Soerjani et  al. (1987)  fase pertumbuhan  kiambang  terjadi  selama  3  minggu, sehingga  dapat  disimpulkan  dalam  3  minggu  akan dihasilkan  21,88  ton  kiambang  per  luas  sawah  milik per  rumah  tangga.  Oleh  karena  itu  dalam  satu  tahun akan  diperoleh  350,08  ton  per  luas  sawah  milik  per rumah tangga. Jumlah yang sangat besar.
Keberadaan  kiambang  merupakan  salah  satu hal yang  serius  bagi  para  petani.  Selain  pertumbuhannya yang  sangat  cepat,  kiambang  memiliki  kemampuan bertahan  hidup  yang  tinggi.  Dalam  menangani permasalahan kiambang, masyarakat hanya mengalirkan  kiambang  ke  sungai,  menumpuk  sampai membusuk, membakar, dan menyemprot dengan obat

## JURNAL INTEGRASI PROSES
Website: http://jurnal.untirta.ac.id/index.php/jip
kimia. Cara tersebut kurang efektif dan efisien bahkan menambah  permasalahan  baru  terhadap  lingkungan. Oleh  karena  itu  perlu  dilakukan  penelitian  untuk memanfaatkan  gulma  pengganggu  tanaman  padi tersebut.
Kiambang memiliki kandungan karbohidrat yang tinggi sehingga kiambang berpotensi untuk dimanfaatkan  sebagai  bahan  baku  biogas.  Biogas adalah  hasil  fermentasi  bahan-bahan  organik  oleh bakteri  anaerobik  (Hambali et  al. ,  2007).  Komponen utama  biogas  adalah  gas  metana  (50-75  %volume) dan  sisanya  karbon  dioksida  (25-48%volume)  serta gas  lain  dalam  jumlah  kecil  (Juanga et  al. ,  2007; Karellas,  2010).  Beberapa  peneliti  telah  melaporkan potensi biogas dari kiambang:
1. Abbasi dan Nipaney (1984) memproduksi biogas menggunakan digester komersil yang dioperasikan  selama  40  hari  pada  temperatur lingkungan.  Air  ditambahkan  ke  dalam  digester dengan  perbandingan  1:7  (w/w).  Sementara  itu, pH  umpan  diatur  6±0,2.  Biogas  yang  dihasilkan sebanyak 6 L/kg.
2. O’Sullivan et al. (2010) memproduksi biogas dari campuran  kiambang  dan  kotoran  ternak  pada skala pilot-plant .  Inokulum diperoleh dari sludge digester anaerob. Sebanyak 30 kg kiambang, 2 kg kotoran ternak dan 3 L inokulum dimasukkan ke dalam digester . Digester anaerobik dioperasikan pada suhu 38 o C. pH substrat dijaga pada kisaran 7-8  menggunakan  sodium  bikarbonat.  Biogas yang dihasilkan sebanyak 155 L/kg VS.
3. Mathew et  al. (2014)  memproduksi  biogas  dari kiambang  dengan  memanfaatkan  kotoran  sapi sebagai inokulum (perbandingan kotoran sapi:kiambang  =  2:1  basis volatile  solids ).  pH umpan  tidak  diatur.  Digester  anaerobik dioperasikan  pada  suhu  37  ±  2 o C  secara  bacth.
Biogas yang dihasilkan sebanyak 221 L/kg VS.
4. Pratama et  al. (2015)  memproduksi  biogas  dari campuran  kiambang  dan  limbah  jeroan  ikan gabus  dengan  kotoran  sapi  sebagai  inokulum. Variasi yang dilakukan adalah komposisi substrat (kiambang:limbah  jeroan  ikan  gabus)  yaitu  1:2 (Reaktor A, C/N = 0,182) dan 2:1 (Reaktor B, C/N = 1,281). Digester dioperasikan pada temperatur lingkungan  dan  pH  umpan  tidak  diatur  (6,33- 6,36).  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa Reaktor  A  menghasilkan  biogas  yang  lebih banyak  yaitu  7,017  L/kg  bahan  (metana  3,803 L/kg bahan).
5. Syaichurrozi  (2018)  memproduksi  biogas  dari campuran  kiambang  dan  limbah  jerami  padi. Digester dioperasikan pada temperatur lingkungan dan pH umpan diatur (7.0±0.2). Hasil penelitian  menunjukkan  bahwa  campuran kiambang  dan  limbah  cair  tahu  40:60 (C/N=34,80) adalah variabel terbaik.
Berdasarkan  informasi  diatas,  pengaruh  variasi  pH umpan  belum  pernah  dikaji.  Budiyono et  al. (2013) dan  Syaichurrozi et  al. (2016)  melaporkan  bahwa kondisi  pH  umpan  sangat  berpengaruh  terhadap waktu  adaptasi  bakteri  sehingga  berpengaruh  pada produksi  biogas.  Oleh  karena  itu,  penelitian  ini menfokuskan  pengaruh  variasi  pH  umpan  (6,  7,  8) terhadap produksi biogas dari kiambang.

## 2. BAHAN AND METODE PENELITIAN

## 2.1 Limbah dan Inokulum
Limbah  yang  digunakan  adalah  kiambang  yang diperoleh  dari  pesawahan  di  daerah  Lebak,  Provinsi Banten,  Indonesia.  Kiambang  dikeringkan  di  bawah sinar  matahari  sampai  kondisi  kering.  Sebelum digunakan untuk memproduksi biogas, kiambang yang sudah  kering  dipretreatment  terlebih  dahulu menggunakan  H 2 SO 4 4%  untuk  menurunkan  kadar lignin nya.
Cairan  rumen  sapi  digunakan  sebagai  inokulum pada  penelitian  ini.  Cairan  rumen  yang  masih fresh diperoleh  dari  Rumah  Pemotongan  Hewan  (RPH)  di Cilegon, Banten, Indonesia.

## 2.2 Experimental set up
Digester anaerobik dibuat pada skala laboratorium  menggunakan  botol  plastik  bervolume 600  mililiter.  Botol  ditutup  menggunakan  sumbat karet  untuk  menjaga  kondisi  tetap  hampa  udara. Digester  dioperasikan  pada  sistem batch dan  suhu kamar  selama  14  hari.  Biogas  yang  terbentuk  diukur melalui liquid  displacement  method .  Secara  detail digester  anaerobik  skala  laboratorium  dapat  dilihat pada Gambar 1.

## 2.3 Experimental Design
Sebelum dimasukkan ke dalam digester, kiambang yang sudah kering (dijemur di bawah sinar matahari) dihancurkan  sampai  ukuran  18  mesh.  Kemudian  50 gram  kiambang  dipretreatment  menggunakan  H 2 SO 4 4%  sebanyak  150  mL  selama  2  hari.  Kemudian disaring,  dicuci  dan  dikeringkan.  Kemudian  dianalisa kandungannya  dan  didapatkan  kandungan  kiambang: total  solid  85,81%;  kadar  air  14,19%;  volatile  solid 58,56 %TS; lemak kasar 1,49 %TS; protein kasar 9,19 %TS;  karbohidrat  kasar  47,88%TS.  Kiambang  inilah yang digunakan untuk penelitian.
Kiambang  sebanyak  10  gr  dimasukkan  ke  dalam digester.  Air  ditambahkan  dengan  perbandingan kiambang:air  =  1:13(w/w).  Selanjutnya  pH  substrat awal  diatur  menjadi  6,  7,  dan  8  menggunakan  NaOH 0,5  N.  Rumen  sapi  ditambahkan  sebagai  inokulum pada tiap variabel sebanyak 25 mililiter.

## Gambar 1. Digester Anaerobik Skala laboratorium

## 2.4 Experimental Procedures
Biogas  yang  terbentuk  diukur  setiap  dua  hari sekali  untuk  mengetahui  produksi  biogas  harian.  pH substrat selama fermentasi juga diukur menggunakan pH  meter  untuk  mengetahui  profil  pH  selama fermentasi.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Tingkat  keasaman  (pH)  merupakan  parameter yang  sangat  penting  karena  mempengaruhi  aktivitas bakteri  dalam  merombak  bahan  organik  menjadi biogas.  pH  umpan  divariasikan  6,0;  7,0;  8,0.  Setelah dilakukan fermentasi selama 14 hari, substrat dengan kondisi pH 8,0 menghasilkan biogas lebih banyak dan mempunyai laju produksi lebih tinggi daripada pH 6,0 dan  7,0  (Gambar  2).  Total  produksi  biogas  pada  pH umpan  6,0;  7,0;  8,0  masing-masing  adalah  29,  61,  94 mL.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  terjadi penurunan  pH  dari  awal  fermentasi  hingga  akhir fermentasi.  Variabel  pH  umpan  6,0;  7,0;  8,0 mempunyai  profil  pH  yang  sama  yaitu  mengalami penurunan hingga akhir fermentasi  (Gambar 3). Pada akhir  fermentasi,  pH  akhir  untuk  masing-masinng variabel  pH  umpan  6,  7,  8  adalah  5,3;  5,4;  6,1. Berdasarkan  data  tersebut,  variabel  pH  umpan  8 memiliki  rentang  pH  di  atas  6  selama  fermentasi, sementara  variabel  pH  umpan  6  dan  7  memiliki  pH dibawah 6 masing-masing mulai hari ke 2 dan ke 6.
Beberapa peneliti melaporkan bahwa perubahan kondisi  pH  sangat  sensitif  terhadap  aktivitas  bakteri selama proses fermentasi. pH netral pada rentang 6,9 –  7,3  (Metcalf  dan  Eddy,  2003);  6,4  –  7,6  (Anderson dan  Yang,  1992);  6,5  –  8,2  (Speece,  1996)  dapat menghasilkan  biogas  secara  optimal.  Penurunan  pH disebabkan  karena  bakteri  asam  memproduksi  asam asetat, gas hidrogen, karbon dioksida and VFAs (asam propionat dan asam butirat). Keadaan ini menghambat aktivitas  bakteri  khususnya  bakteri  pembentuk metana (Speece, 1996).
Deublein  dan  Steinhauser  (2008)  menjelaskan bahwa di dalam substrat terdapat dua kelompok asam organik yaitu asam organik tak terdisosiasi dan asam organik  terdisosiasi.  Keberadaan  asam  organik  tak terdisosiasi  dan  asam  organik  terdisosiasi  sangat dipengaruhi pH substrat (Gambar 4).
Dari  gambar  4,  semakin  banyak  jumlah  asam organik tak terdisosiasi di dalam substrat disebabkan oleh  pH  yang  semakin  asam.  Oleh  karena  itu,  dapat disimpulkan  bahwa  pada penelitian  ini, asam organik yang  dominan  di  dalam  substrat  adalah  golongan  tak terdisosiasi  karena  pH  substrat  cenderung  asam selama  proses  fermentasi  (Gambar    3).  Keberadaan asam organik yang tak terdisosiasi dapat menghambat proses metanisasi karena asam organik tersebut akan terpenetrasi ke dalam sel dan akan mendenaturasi sel protein  bakteri  (Deublein  dan  Steinhauser,  2008). Brannen dan Davidson (1993) menjelaskan mekanisme penghambatan aktivitas bakteri oleh asam organik  (asam  asetat,  asam  propianat,  asam  butirat) berhubungan  dengan  keseimbangan  asam-basa. Keseimbangan asam-basa pada sel bakteri ditunjukkan  dengan  pH  yang  mendekati  netral. Interaksi dengan asam-asam organik akan mengganggu keseimbangan asam-basa dan mengakibatkan  kerusakan  sel.  Protein,  asam  nukleat dan  fosfolipid  pada  bakteri  dapat  rusak  oleh perubahan  pH.  Deublein  dan  Steinhauser  (2008) menambahkan  pada  pH  kurang  dari  7,  keberadaan asam asetat diatas 1000 mg/L juga dapat menghambat proses degradasi. Sementara asam iso-butirat atau iso- valerat dapat menghambat pada konsentrasi 50 mg/L. Sedangkan asam propionat pada konsentrasi 5 mg/L.
Oleh  karena  itu,  pH  umpan  8  adalah  variabel terbaik untuk memproduksi biogas dari kiambang. Hal ini  disebabkan  karena  total  biogas  yang  dihasilkan lebih  banyak  dibandingkan  pH  umpan  6  dan  7.  Profil pH  pada  variabel  pH  umpan  8  selama  proses fermentasi  lebih  mendekati  rentang  netral  daripada pH umpan 6 dan 7.
Botol plastik Sumbat Selang Gelas ukur terbalik Air Volume biogas
Gambar 2. Produksi biogas harian dan kumulatif pada pH umpan (a) 6, (b) 7, (c) 8
Gambar 3. Profil pH substrat selama fermentasi pada berbagai pH umpan (6,7,8)
Gambar 4. Asam organik terdisosiasi dan tak terdisosiasi (Deublein dan Steinhauser, 2008)
0 5 10 15 20 25 30 35 0 5 10 15 V olu m e bio gas ( m L ) Waktu (hari) biogas harian biogas kumulatif (a) 0 10 20 30 40 50 60 70 0 5 10 15 Vo lu m e bi oga s (m L ) Waktu (hari) biogas harian biogas kumulatif (b) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 5 10 15 V olu m e bio gas ( m L ) Waktu (hari) biogas harian biogas kumulatif (c) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 5 10 15 pH Waktu (hari) pH 6 pH 7 pH 8

## 4. KESIMPULAN
Kondisi pH umpan sangat berpengaruh terhadap produksi biogas. Pada produksi biogas dari kiambang, pH  umpan  7  menghasilkan  biogas  yang  lebih  tinggi daripada  pH  6  dan  8.  Total  produksi  biogas  pada masing-masing variasi pH 6, 7, 8 adalah 29, 61, 94 mL. Profil  pH  substrat  menunjukkan  pola  penurunan selama  proses  fermentasi  dengan  pH  akhir  masing- masing adalah 5,3; 5,4; 6,1.

## 5. UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis  mengucapkan  terimakasih  kepada  LPPM Universitas  Sultan  Ageng  Tirtayasa  dan  Kementerian Riset, Teknologi dan Pendidikan Tinggi melalui Hibah Dosen Madya 2017 untuk dukungan finansial.

## 6. DAFTAR PUSTAKA
Abbasi,  S.A.;  Nipaney,  P.C.,  Generation  of  biogas  from Salvinia  molesta  (Mitchell)  on  a  commercial biogas  digester,  Environmental  Technology Letters 1984, 5(1-11),75-80.
Anderson, G.K.; Yang, G., Determination of bicarbonate and total volatile acid concentration in anaerobic digesters using a simple titration, Water Environ. Res., 1992, 64,53–59.
Brannen,  A.L.;  Davidson,  P.M.,  Antimicrobial  In  Foods 2 nd ed. New York: Marcel Dekker, 1993.
Budiyono;  Syaichurrozi,  I.;  Sumardiono  S.,  Biogas production  from  bioethanol  waste:  the  effect  of pH  and  urea  addition  to  biogas  production  rate, Waste Technology, 2013, 1(1),1-5.
Deublein,  D.;  Steinhauser,  A.,  Biogas  from  Waste  and Renewable  Resources.  Weinheim:  Wiley-VCH Verlag, 2008.
Hambali,  E.;  Musdalipah,  S.;  Halomoan,  A.T.;  Pattiwiri A.W.; Hendroko, R., Teknologi Bioenergi. Jakarta: Agromedia, 2007.
Juanga, J.P.; Visvanathan, C.; Tränkler, J., Optimization of  Anaerobic  Digestion  of Municipal  Solid  Waste in  Combined  Process  and  Sequential  Staging,  J Waste Manage Res, 2007, 25, 30–38.
Karellas,  S.B.,  Development  of an  investment  decision tool  for  biogas  production  from  agricultural waste,  Jurnal  Renewable  and  Sustainable  Energy Reviews, 2010, 14, 1273-1282.
Mathew,  A.K.;  Bhui,  I.;  Banerjee,  S.N.;  Goswani,  R.; Chakraborty,  A.K.;  Shome,  A.;  Balachandran,  S.; Chaudhury,  S.,  Biogas  Production  from  Locally Available Aquatic Weeds of Santiniketan through Anaerobic  Digestion.  Clean  Techn.  Environ. Policy, 2014, DOI: 10.1007/s10098-014-0877-6 Metcalf,  Eddy,  Wastewater  Engineering:  Treatment, Disposal,  and  Reuse,  4 th ed..  Singapore:  McGraw-
Hill, 2003.
O’Sullivan,  C.;  Rounsefell,  B.;  Grinham,  A.;  Clarke,  W.;
Udy, J., Anaerobic Digestion of Harvested Aquatic Weeds: Water Hyacinth (Eichhornia
crassipes),Cabomba  (Cabomba  caroliniana)  and Salvinia (Salvinia molesta), Jounal Ecol Engginering, 2010, 36, 1459 – 1468.
Pratama,  D.L.;  Hanggita,  S.;  Supriadi,  A.,  Uji  Potensi Produksi  Biogas  pada  Campuran  Kiambang (Salvinia molesta) dan Limbah Jeroan Ikan Gabus (Channa  striata)  Menggunakan  Batch  Anaerobic Digester, Jurnal Teknologi Hasil Perikanan, 2015, 4(2), 111-119.
Soerjani,  M.;  Koestermans,  A.J.G.H.;  Tjitrosoepomo,  G.,
Weed of Rice in Indonesia. Balai Pustaka. Jakarta, 1987.
Speece,  R.E.,  Anaerobic  Technology  for  Industrial
Wastewaters. USA:Archae Press, 1996.
Susan,  Water  Quality  Education  Specialist,  University of  Nevada  Cooperative  ektention.  Nevada Department of Agriculture, 2003.
Syaichurrozi,  I.;  Rusdi,  Hidayat,  T.;  Bustomi,  A.,
Kinetics Studies Impact of Initial pH and Addition of  Yeast  Saccharomyces  cerevisiae  on  Biogas Production  from  Tofu  Wastewater  in  Indonesia, IJE  TRANSACTIONS  B:  Applications,  2016, 29(8):1037-1046.
Syaichurrozi,  I.,  Biogas  production  from  co-digestion Salvinia  molesta  and  rice  straw  and  kinetics, Renewable Energy, 2018, 115, 76-86.